Python实现Linux命令xxd -i功能

时间：2021-06-19 14:27:43

Python实现Linux命令xxd -i功能

标签： Python xxd

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一. Linux xxd -i功能

Linux系统xxd命令使用二进制或十六进制格式显示文件内容。若未指定outfile参数，则将结果显示在终端屏幕上；否则输出到outfile中。详细的用法可参考linux命令xxd。

本文主要关注xxd命令-i选项。使用该选项可输出以inputfile为名的C语言数组定义。例如，执行echo 12345 > test和xxd -i test命令后，输出为：

unsigned char test[] = {

  0x31, 0x32, 0x33, 0x34, 0x35, 0x0a

};

unsigned int test_len = 6;

可见，数组名即输入文件名(若有后缀名则点号替换为下划线)。注意，0x0a表示换行符LF，即'\n'。

二. xxd -i常见用途

当设备没有文件系统或不支持动态内存管理时，有时会将二进制文件(如引导程序和固件)内容存储在C代码静态数组内。此时，借助xxd命令就可自动生成版本数组。举例如下：

  1. 使用Linux命令xdd将二进制文件VdslBooter.bin转换为16进制文件DslBooter.txt：
xxd -i < VdslBooter.bin > DslBooter.txt

其中，'-i'选项表示输出为C包含文件的风格(数组方式)。重定向符号'<'将VdslBooter.bin文件内容重定向到标准输入，该处理可剔除数组声明和长度变量定义，使输出仅包含16进制数值。

  1. 在C代码源文件内定义相应的静态数组：
static const uint8 bootImageArray[] = {

    #include " ../../DslBooter.txt"

};

TargetImage bootImage = {

    (uint8 *) bootImageArray,

    sizeof(bootImageArray) / sizeof(bootImageArray[0])

};

编译源码时，DslBooter.txt文件的内容会自动展开到上述数组内。通过巧用#include预处理指令，可免去手工拷贝数组内容的麻烦。

三. 类xxd -i功能的Python实现

本节将使用Python2.7语言实现类似xxd -i的功能。

因为作者处于学习阶段，代码中存在许多写法不同但功能相同或相近的地方，旨在提供不同的语法参考，敬请谅解。

首先，请看一段短小却完整的程序(保存为xddi.py)：

#!/usr/bin/python

#coding=utf-8

#判断是否C语言关键字

CKeywords = ("auto", "break", "case", "char", "const", "continue", "default",

             "do","double","else","enum","extern","float","for",

             "goto","if","int","long","register","return","short",

             "signed","static","sizeof","struct","switch","typedef","union",

             "unsigned","void","volatile","while", "_Bool")   #_Bool为C99新关键字

def IsCKeywords(name):

    for x in CKeywords:

        if cmp(x, name) == 0:

            return True

    return False

if __name__ == '__main__':

    print IsCKeywords('const')

    #Xxdi()

这段代码判断给定的字符串是否为C语言关键字。在Windows系统cmd命令提示符下输入E:\PyTest>python xxdi.py，执行结果为True。

接下来的代码片段将省略头部的脚本和编码声明，以及尾部的'main'段。

生成C数组前，应确保数组名合法。C语言标识符只能由字母、数字和下划线组成，且不能以数字开头。此外，关键字不能用作标识符。所有，需要对非法字符做处理，其规则参见代码注释：

import re

def GenerateCArrayName(inFile):

    #字母数字下划线以外的字符均转为下划线

    #'int $=5;'的定义在Gcc 4.1.2可编译通过，但此处仍视为非法标识符

    inFile = re.sub('[^0-9a-zA-Z\_]', '_', inFile) #'_'改为''可剔除非法字符

    #数字开头加双下划线

    if inFile[0].isdigit() == True:

        inFile = '__' + inFile

    #若输入文件名为C语言关键字，则将其大写并加下划线后缀作为数组名

    #不能仅仅大写或加下划线前，否则易于用户自定义名冲突

    if IsCKeywords(inFile) is True:

        inFile = '%s_' %inFile.upper()

    return inFile

以print GenerateCArrayName('1a$if1#1_4.txt')执行时，入参字符串将被转换为__1a_if1_1_4_txt。类似地，_Bool被转换为_BOOL_。

为了尽可能模拟Linux命令风格，还需提供命令行选项和参数。解析模块选用optionparser，其用法详见python命令行解析。类xxd -i功能的命令行实现如下：

#def ParseOption(base, cols, strip, inFile, outFile):

def ParseOption(base = 16, cols = 12, strip = False, inFile = '', outFile = None):

    from optparse import OptionParser

    custUsage = '\n  xxdi(.py) [options] inFile [outFile]'

    parser = OptionParser(usage=custUsage)

    parser.add_option('-b', '--base', dest='base',

           help='represent values according to BASE(default:16)')

    parser.add_option('-c', '--column', dest='col',

           help='COL octets per line(default:12)')

    parser.add_option('-s', '--strip', action='store_true', dest='strip',

           help='only output C array elements')

    (options, args) = parser.parse_args()

    if options.base is not None:

        base = int(options.base)

    if options.col is not None:

        cols = int(options.col)

    if options.strip is not None:

        strip = True

    if len(args) == 0:

        print 'No argument, at least one(inFile)!\nUsage:%s' %custUsage

    if len(args) >= 1:

        inFile = args[0]

    if len(args) >= 2:

        outFile = args[1]

    return ([base, cols, strip], [inFile, outFile])

被注释掉的def ParseOption(...)原本是以下面的方式调用：

base = 16;  cols = 12; strip = False; inFile = ''; outFile = ''

([base, cols, strip], [inFile, outFile]) = ParseOption(base,

                         cols, strip, inFile, outFile)

其意图是同时修改base、cols、strip等参数值。但这种写法非常别扭，改用缺省参数的函数定义方式，调用时只需要写ParseOption()即可。若读者知道更好的写法，望不吝赐教。

以-h选项调出命令提示，可见非常接近Linux风格：

E:\PyTest>python xxdi.py -h

Usage:

  xxdi(.py) [options] inFile [outFile]

Options:

  -h, --help            show this help message and exit

  -b BASE, --base=BASE  represent values according to BASE(default:16)

  -c COL, --column=COL  COL octets per line(default:12)

  -s, --strip           only output C array elements

基于上述练习，接着完成本文的重头戏：

def Xxdi():

    #解析命令行选项及参数

    ([base, cols, strip], [inFile, outFile]) = ParseOption()

    import os

    if inFile is '':

        return

    elif os.path.isfile(inFile) is False:

        print ''''%s' is not a file!''' %inFile

        return

    with open(inFile, 'rb') as file: #必须以'b'模式访问二进制文件

    #file = open(inFile, 'rb')       #Python2.5以下版本不支持with...as语法

    #if True:

        #不用for line in file或readline(s)，以免遇'0x0a'换行

        content = file.read()

        #将文件内容"打散"为字节数组

        if base is 16:    #Hexadecimal

            content = map(lambda x: hex(ord(x)), content)

        elif base is 10:  #Decimal

            content = map(lambda x: str(ord(x)), content)

        elif base is 8:   #Octal

            content = map(lambda x: oct(ord(x)), content)

        else:

            print '[%s]: Invalid base or radix for C language!' %base

            return

    #构造数组定义头及长度变量

    cArrayName = GenerateCArrayName(inFile)

    if strip is False:

        cArrayHeader = 'unsigned char %s[] = {' %cArrayName

    else:

        cArrayHeader = ''

    cArrayTailer = '};\nunsigned int %s_len = %d;' %(cArrayName, len(content))

    if strip is True: cArrayTailer = ''

    #print会在每行输出后自动换行

    if outFile is None:

        print cArrayHeader

        for i in range(0, len(content), cols):

            line = ', '.join(content[i:i+cols])

            print '    ' + line + ','

        print cArrayTailer

        return

    with open(outFile, 'w') as file:

    #file = open(outFile, 'w')   #Python2.5以下版本不支持with...as语法

    #if True:

        file.write(cArrayHeader + '\n')

        for i in range(0, len(content), cols):

            line = reduce(lambda x,y: ', '.join([x,y]), content[i:i+cols])

            file.write('    %s,\n' %line)

            file.flush()

        file.write(cArrayTailer)

Python2.5以下版本不支持with...as语法，而作者调试所用的Linux系统仅装有Python2.4.3。因此，要在Linux系统中运行xddi.py，只能写为file = open(...。但这需要处理文件的关闭和异常，详见理解Python中的with…as…语法。注意，Python2.5中使用with...as语法时需要声明from __future__ import with_statement。

可通过platform.python_version()获取Python版本号。例如：

import platform

#判断Python是否为major.minor及以上版本

def IsForwardPyVersion(major, minor):

    #python_version()返回'major.minor.patchlevel'，如'2.7.11'

    ver = platform.python_version().split('.')

    if int(ver[0]) >= major and int(ver[1]) >= minor:

        return True

    return False

经过Windows和Linux系统双重检验后，Xddi()工作基本符合预期。以123456789ABCDEF.txt文件(内容为'123456789ABCDEF')为例，测试结果如下：

E:\PyTest>python xxdi.py -c 5 -b 2 -s 123456789ABCDEF.txt

[2]: Invalid base or radix for C language!

E:\Pytest>python xxdi.py -c 5 -b 10 -s 123456789ABCDEF.txt

    49, 50, 51, 52, 53,

    54, 55, 56, 57, 65,

    66, 67, 68, 69, 70,

E:\PyTest>python xxdi.py -c 5 -b 10 123456789ABCDEF.txt

unsigned char __123456789ABCDEF_txt[] = {

    49, 50, 51, 52, 53,

    54, 55, 56, 57, 65,

    66, 67, 68, 69, 70,

};

unsigned int __123456789ABCDEF_txt_len = 15;

E:\PyTest>python xxdi.py -c 5 -b 8 123456789ABCDEF.txt

unsigned char __123456789ABCDEF_txt[] = {

    061, 062, 063, 064, 065,

    066, 067, 070, 071, 0101,

    0102, 0103, 0104, 0105, 0106,

};

unsigned int __123456789ABCDEF_txt_len = 15;

E:\PyTest>python xxdi.py 123456789ABCDEF.txt

unsigned char __123456789ABCDEF_txt[] = {

    0x31, 0x32, 0x33, 0x34, 0x35, 0x36, 0x37, 0x38, 0x39, 0x41, 0x42, 0x43,

    0x44, 0x45, 0x46,

};

unsigned int __123456789ABCDEF_txt_len = 15;

再以稍大的二级制文件为例，执行 python xxdi.py VdslBooter.bin booter.c后，booter.c文件内容如下(截取首尾)：

unsigned char VdslBooter_bin[] = {

    0xff, 0x31, 0x0, 0xb, 0xff, 0x3, 0x1f, 0x5a, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,

    //... ... ... ...

    0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0xff, 0xff, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,

    0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0, 0x0,

};

unsigned int VdslBooter_bin_len = 53588;

综上可见，作者实现的xxdi模块与Linux xxd -i功能非常接近，且各有优劣。xxdi优点在于对数组名合法性校验更充分(关键字检查)，数组内容表现形式更丰富(8进制和10进制)；缺点在于不支持重定向，且数值宽度不固定(如0xb和0xff)。当然，这些缺点并不难消除。例如，用'0x%02x'%val代替hex(val)即可控制输出位宽。只是，再加完善难免提高代码复杂度，也许会事倍功半。

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